长生不老的猛犸象

据我所知，“复活”（de-extinction）一词的首次使用是在科幻小说中。在皮尔斯·安东尼（Piers Anthony）1979 年出版的《魔法之源》（The Source of Magic）一书中，他描述了一位探险家突然发现自己身处猫的面前，而在此之前，他一直认为猫已经灭绝。安东尼写道：“[探险家]只是站在那里，盯着这突如其来的复活，无法形成一个持久的看法。” 我想，这可能正是我们许多人第一次遇到我们认为已经灭绝的生物的活体时，会产生的反应。

复活甚至可能成为现实——科学可以进步到灭绝不再是永恒的——这个想法，即使对我来说，也是令人兴奋和恐惧的。我是一名生物学家。我在加州大学圣克鲁斯分校任教并管理着一个研究实验室。我的实验室专攻一门名为古DNA的生物学领域。我们以及其他从事该领域研究的科学家，开发了从已故生物的骨骼、牙齿、毛发、种子和其他组织中分离DNA序列的工具。然后，我们利用这些序列研究古代种群。我们从这些遗骸中提取的DNA大多状况极差，考虑到其可能高达 70 万年的历史，这并不令人意外。

在我职业生涯中，我研究过包括渡渡鸟、巨型熊、草原野牛、北美骆驼和剑齿猫在内的各种已灭绝动物的DNA。通过将构成这些基因组的DNA序列拼接在一起，我们可以了解个体动物几乎所有的进化历史：它所属的物种是如何以及何时首次进化的，它所在的种群在冰河时代气候变化期间的生存状况，以及塑造其特征的体貌和行为是如何受到其生活环境的影响的。仅仅通过研磨一小块骨头并从中提取DNA，我就可以了解过去的一切，这让我着迷，也常常让我惊叹。然而，无论我对自己最新的研究成果感到多么兴奋，我收到的最常见问题是：“这意味着我们可以克隆猛犸象了吗？”

总是猛犸象。

这个问题的问题在于，它假设我们既然能得知一个已灭绝物种的DNA序列，就能利用该序列创造出一个完全相同的克隆体。不幸的是，这离事实相去甚远。

为了在1996年克隆出多莉羊，爱丁堡大学罗斯林研究所的科学家从一只成年母羊身上取下了一小块含有活细胞的乳腺组织。他们利用这些细胞中的DNA创造出了这只母羊的复制品。这个过程被称为体细胞核转移，或者更简单地说，核转移。然而，对于像旅鸽、渡渡鸟、猛犸象这样已经灭绝了很长时间的物种来说，通过核转移进行克隆并非可行的选择。它需要完整的细胞。在从冰封苔原中发掘出的已灭绝物种遗骸中，从未发现过这样的细胞。北极地区虽然寒冷，但不足以快速冷冻住像猛犸象这样庞大的生物，从而保护其DNA免受腐烂。

细胞DNA的降解在死亡后立即开始。动植物细胞含有能够分解DNA的酶。这些酶被称为核酸酶，存在于细胞、眼泪、唾液、汗液，甚至我们指尖上。核酸酶在我们的生命中至关重要。它们在入侵的病原体造成任何损害之前就将其消灭。它们会清除受损的DNA，以便我们的细胞能够修复损坏的部分。而且，在我们的细胞死亡后，它们会分解这些死细胞中的DNA，以便我们的身体能更有效地清除它们。在实验室里，我们会通过将新鲜样本放入抑制剂溶液中，或者对其进行快速冷冻，来阻止核酸酶降解我们试图分离的DNA。北极是个寒冷的地方，但它无法像冷冻实验室样本那样快速冷冻住像猛犸象这样庞大的生物，以保护其DNA免受腐烂。

除了核转移，另一种创造生物体的途径，离奇地让人想起电影《侏罗纪公园》。正如现实中的复活项目可能一样，《侏罗纪公园》中的科学家也只回收了恐龙基因组的一部分——在他们的情况下，是从保存在琥珀中的蚊子血液中提取的。当他们遇到恐龙基因组的空白时，就使用了青蛙DNA来完成序列。不幸的是，他们事先无法知道哪些DNA片段能让恐龙看起来和行为都像恐龙，哪些片段是无用的。我们可以假设，这些虚构的科学家希望他们填补的空白大多在含有无用DNA的区域。但当然，他们错了，一些青蛙DNA导致了灭绝恐龙的性别可以神奇地转变，最终导致了灾难和 10 亿美元的全球票房收入。

在现实的复活科学中，计划是确定基因组的哪些部分对于使已灭绝物种的外观和行为与其生前一致至关重要。然后，我们将找到与之密切相关的现存亲属基因组的相应部分，剪掉关键序列，并用已灭绝物种的版本替换它们。

说起来容易做起来难。

II.

猛犸象、亚洲象和非洲象的共同祖先生活在大约六百万年前。这意味着猛犸象花了数百万年时间独立进化。猛犸象基因组中最难组装的部分，将是自它们与大象分化以来发生变化的部分。对于复活的目的而言，这些序列很可能是最关键的，必须正确处理。

幸运的是，我们不必克隆一只猛犸象来复活猛犸象的特征或行为。例如，我们可以得知编码猛犸象式毛发的DNA序列，然后改变现存大象的基因组，使其变得更毛茸茸。显然，复活猛犸象的特征并不等同于复活一只猛犸象，但这朝着那个方向迈进了一步。

如今，科学家们对于如何操纵细胞、测序已灭绝物种的基因组以及改造现存物种的基因组，比十年前有了更多的了解。这三种技术为最有可能实现的复活场景，或至少是第一阶段——创造一个健康的个体——铺平了道路。

这可能会如何运作。首先，我们找到一个保存完好的骨骼，从中我们可以测序一个已灭绝物种的完整基因组，例如猛犸象。然后，我们研究这个基因组，并将其与现存亲属的基因组进行比较。猛犸象最近的现存亲属是亚洲象，所以我们将从那里开始。我们识别大象基因组和猛犸象基因组之间的差异，并设计实验来调整大象基因组，一次改变几个 DNA 碱基，直到它看起来更像猛犸象。然后，我们取一个含有这些新、猛犸象般基因组的细胞，让它发育成胚胎。最后，我们将这个胚胎植入一头母象体内，大约两年后，这头母象就会生下一只小猛犸象。

科学家们已经测序了大部分猛犸象的基因组，这是从猛犸象骨骼中提取的 DNA 片段拼接而成的。哈佛大学乔治·丘奇实验室的研究人员也迈出了下一步。他们使用了一种新的基因组编辑工具，将编码 14 种猛犸象特征的 DNA——包括更浓密的毛发、更厚的脂肪层以及能在低温下更有效地输送氧气的血细胞——插入到大象基因组中。目前还无法将这些细胞培养成完整的生物体，但哈佛团队正在致力于开发这项技术。如果成功，这个基因组含有极少量猛犸象 DNA 的胚胎，最终可能会发育成一个有生命的、会呼吸的动物。

我们将这个工程化的胚胎植入一头母象体内，大约两年后，这头母象就会生下一只小猛犸象。

但这个实验的最终产物是什么？让一个基因组中含有一些猛犸象部分的大象，是否等同于创造一只猛犸象？毕竟，动物不仅仅是一串简单的 A、C、G、T——代表构成 DNA 的核苷酸碱基的字母。今天，我们并不完全理解从仅仅将这些字母按正确的顺序排列到创造一个看起来和行为都像真实事物的生物之间的复杂性。这将需要更多的工作，而不仅仅是找到一块保存完好的骨头并用它来测序基因组。

III.

当我设想一次成功的复活时，我不会设想一头亚洲象在兽医和兴奋的科学家们的严密观察下生下一头稍微毛茸茸一些的大象。我不会设想在动物园围栏里，这只奇异生物引人注目的景象，供孩子们观赏，而孩子们宁愿去看霸王龙或始祖鸟。

我所设想的是完美的北极景象，猛犸象（或类似猛犸象的生物）家族在苔原草原上觅食，与驯鹿、马和驯鹿群共享冰冻的土地——一个猛犸象可以自由漫步、交配和繁殖，而无需人类干预，也不必担心再次灭绝的景象。这构成了复活的第二阶段，它建立在成功创造个体生物的基础上，以生产并最终将一个完整的种群释放到野外。在我看来，没有第二阶段，复活就不能算是成功的。

那种田园诗般的北极景象可能就在我们的未来。但首先，科学需要赶上电影的步伐。尽管我们几乎测序了整个猛犸象基因组，但这项工作尚未完成。我们也离精确理解基因组的哪些部分对于让猛犸象看起来和行为都像猛犸象至关重要还有很长的路要走。这使得我们很难知道从哪里开始，也很难猜测我们还有多少工作要做。

另一个问题是，物种或个体之间的一些主要差异，例如在发育过程中某个特定基因何时开启，是通过表观遗传继承的。这意味着这些差异的指令没有编码在 DNA 中，而是由动物生活的环境决定的。如果那个环境是一个圈养繁殖设施呢？幼年猛犸象，就像幼年大象一样，会吃母亲的粪便来建立一个能够分解它们所摄入食物的微生物群落。是否需要重建猛犸象的肠道微生物？一只幼年猛犸象最终需要一个宽敞的空间，让它能够自由漫步，同时也免受盗猎和其他危险的威胁。这很可能需要一种新的国际合作与协调形式。

我的目标不是争论复活是否以及何时不应该发生。事实上，我几乎可以肯定，在未来几年内，有人会声称已经实现了复活。然而，我将主张一个高标准来接受这一声明。如果将一个猛犸象基因插入到一个发育中的大象胚胎中，并且这个发育中的大象成功地成长为成年动物，这是否就应该被宣布为复活的成功？纯粹主义者可能会说不，但我会想知道插入猛犸象 DNA 是如何改变大象的。如果一头有点毛茸茸的大象出生时，其耐寒能力超过了所有现存的大象怎么办？如果这头大象不仅看起来更像猛犸象，而且还能够繁殖并维持一个猛犸象曾经生活过的种群呢？

虽然其他人无疑会有不同的宣布复活成功的标准，但我认为，——即诞生一种动物，由于复活的猛犸象 DNA，能够生活在猛犸象曾经生活的地方，并在该环境中表现得像猛犸象一样——这即使在该动物的基因组明显更像大象的情况下，也是一次成功的复活。

复活是一种允许我们积极创造一个比现在更好的未来的过程，而不仅仅是一个不那么糟糕的未来。我们无法带回一个 100% 的猛犸象或 100% 的旅鸽，这并不重要。重要的是，我们今天可以调整大象细胞，使其表达猛犸象基因。在几年内，这些猛犸象基因可能会在大象体内产生蛋白质，而由这些细胞组成的大象可能会因此不再局限于非洲和亚洲的衰退栖息地。相反，它们将可以自由地漫步在西伯利亚、阿拉斯加和北欧的开阔地带，将一个大型动态食草动物所带来的所有好处——这些好处已经缺失了大约 8000 年——重新带回这些地方。例如，大型食草动物会推倒树木，踩踏灌木，并将种子和养分长距离运输。猛犸象——或者更准确地说，耐寒的亚洲象——通过清除积雪，也可能将永久冻土暴露在西伯利亚严冬的严寒之下。这将降低土壤温度，减缓其中储存的温室气体的释放。

复活是一种与我们作为社会所制定的任何其他策略都截然不同的、用于规划和应对未来环境变化的方法。它将重塑我们的可能性。

本故事最初发表于2015年6月的《大众科学》杂志，改编自贝丝·夏皮罗（Beth Shapiro）的书《如何克隆猛犸象：复活的科学》（How to Clone a Mammoth: The Science of De-extinction）。